量子轉(zhuǎn)向（量子導(dǎo)引）是類似于量子糾纏的一種奇怪的非定域現(xiàn)象，它不能通過(guò)被轉(zhuǎn)向系統(tǒng)與外部系統(tǒng)之間的任何聯(lián)合操作來(lái)完美復(fù)制。這一新的“不可克隆”定理是我國(guó)研究人員的工作結(jié)果，這一發(fā)現(xiàn)不僅對(duì)基礎(chǔ)物理學(xué)很重要，還可能對(duì)量子密碼學(xué)和量子計(jì)算產(chǎn)生影響。

傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)以“位”的形式存儲(chǔ)信息，其值要么為1要么為0。相比之下，量子計(jì)算機(jī)將信息存儲(chǔ)在兩級(jí)量子系統(tǒng)中，比如光子的水平和垂直偏振態(tài)，或者電子的“上自旋”和“下自旋”狀態(tài)。這些量子比特或量子位的狀態(tài)不限于0和1，它們也可以以一種被稱為疊加的中間組合形式存在。然而，量子系統(tǒng)的完整狀態(tài)永遠(yuǎn)不可能被完全知道，這意味著量子比特的完美復(fù)制是被禁止的。這就是所謂的“不可克隆”定理，它構(gòu)成了量子密碼學(xué)的基礎(chǔ)。

另一個(gè)重要的原理是兩個(gè)或多個(gè)量子位可以糾纏在一起，這意味著它們之間的關(guān)系比經(jīng)典物理學(xué)所允許的要密切得多。當(dāng)兩個(gè)量子位糾纏在一起時(shí)，測(cè)量其中一個(gè)量子位的狀態(tài)會(huì)自動(dòng)告訴你第二個(gè)量子位的狀態(tài)，不管它們相距多遠(yuǎn)。例如，如果你知道一個(gè)粒子的自旋，你就可以確定另一個(gè)粒子的自旋。

阿爾伯特·愛(ài)因斯坦發(fā)現(xiàn)糾纏的這一方面令人不安，因?yàn)檫@意味著糾纏的粒子可以以一種非局域的方式影響彼此的狀態(tài)，他稱之為“幽靈般的超距作用”。在1935年發(fā)表的一篇論文中，他和他的同事鮑里斯·波多爾斯基(Boris Podolsky)和內(nèi)森·羅森(Nathan Rosen)反對(duì)這種形式的非定域性，以他們的首字母縮寫命名為EPR悖論。然而，后來(lái)的研究表明，他們的論點(diǎn)是不正確的：2022年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)被授予了三位實(shí)驗(yàn)家，他們?cè)谝压世碚摷壹s翰·斯圖爾特·貝爾(John Stewart Bell)的工作基礎(chǔ)上，證明了糾纏是非定域性確實(shí)是我們物理世界的一部分。

然而，量子糾纏并不是量子理論中非定域性的唯一形式。另一種類型，被稱為量子轉(zhuǎn)向，由薛定諤提出，作為EPR悖論的推廣。在量子糾纏中，參與量子交易的雙方(傳統(tǒng)上稱為Alice和Bob)都信任用于產(chǎn)生各自狀態(tài)的量子粒子的來(lái)源。量子轉(zhuǎn)向引入了這種設(shè)置的不對(duì)稱性：現(xiàn)在只有一個(gè)來(lái)源(比如Alice)是可信的。這使得Alice能夠“操縱”Bob觀察到的粒子的狀態(tài)，這意味著她對(duì)糾纏粒子對(duì)中她那一半的測(cè)量會(huì)以一種無(wú)法用經(jīng)典解釋的方式影響B(tài)ob那一半的狀態(tài)。

在新工作中所展示的“指導(dǎo)不可克隆原則”增加了我們對(duì)這種形式的非局部性的理解。原始的不可克隆定理表明，沒(méi)有任何物理操作可以完美復(fù)制未知的量子態(tài)。而我國(guó)研究人員的發(fā)現(xiàn)表明，如果一個(gè)已知狀態(tài)的量子轉(zhuǎn)向“太量子”，那么這個(gè)狀態(tài)就不能被完美復(fù)制。

研究人員還發(fā)現(xiàn)，一種被稱為EPR轉(zhuǎn)向的密切相關(guān)的量子相關(guān)類型可以被部分克隆。EPR轉(zhuǎn)向存在于可以被用來(lái)令人信服地證明量子轉(zhuǎn)向的狀態(tài)中，即使被轉(zhuǎn)向狀態(tài)的觀察者不相信測(cè)量者。因此，它可以被視為比量子轉(zhuǎn)向“更強(qiáng)”的量子特性。研究人員說(shuō)：“在被第三方‘Charlie’攻擊的Alice和Bob之間的量子信息任務(wù)中，我們使用克隆機(jī)器在lice和Bob之間的EPR轉(zhuǎn)向上設(shè)置了閾值，以排除lice和Bob之間的EPR轉(zhuǎn)向?！?/p>

審核編輯：劉清